一种用于手机终端的宽带MIMO 双天线设计

·97· 一种用于手机终端的宽带 MIMO 双天线设计 李 培 聂在平 宗显政 （电子科技大学电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，成都 610054） lipei1222@163.com 摘 要：MIMO（多输入多输出）无线通信技术能在不增加带宽的情况下极大地提高信道容量和降低发射 功率。本文针对手机天线的小型化，宽带化等设计要求，利用方向图分集，提出一种用于手机终端的双天 线系统。天线单元由耦合馈电的环天线构成，产生一个宽频带覆盖 1710~2690MHz，两天线端口隔离度大 于 10dB，两天线信号相关性系数小于 0.1。双天线直接印制于无地电路板上，占很小尺寸 10×60mm2。同 时，对设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行加工和测试，并对其结果进行分析。 关键词：多输入多输出，双天线，手机天线，移动终端天线，隔离度，方向图分集 Wideband MIMO Dual-antenna for the Mobile Terminal Application Pei Li，Zaiping Nie，Xianzheng Zong （School of Electronic Engineering，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 610054）1 Abstract：MIMO（multiple-input multiple-output）wireless communication system is getting more attention in terms of increasing channel capacity and reducing transmitting power without the extra band. In this paper，due to the small size and wide band in mobile antenna design，a dual-antenna system is proposed for the mobile application by utilizing radiation pattern diversity. The coupled-fed loop antenna can generate a wide band to cover 1710~2690MHz. The isolation between two ports is larger than 10dB and the correlation coefficient of sigals is lower than 0.1. Dual-antenna is printed on the no-ground system circuit board. The proposed dual-antenna is also fabricated and measured and results are presented and discussed. Keywords：multiple-input multiple-output; dual-antenna; mobile antenna; handset terminal antenna; isolation; pattern diversity 1 引言 随着目前移动通信的广泛应用，以及未来 Internet 无线接入，大幅度提高无线通信速率的要 求 愈 强 。 多 输 入 多 输 出 MIMO （ multiple- inputmultiple-output）无线通信系统收发端采用多天 线，相比单发单收系统，其能在不增加带宽的情况 下，突破香农 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 的瓶颈，极大地提高信道容量和 降低发射功率[1]。因此，MIMO 无线通信技术在第 三代（3G）乃至三代以后（B3G）的移动通信系统 中有着广阔的应用前景。 移动终端的 MIMO 系统中，由于受终端受尺寸 限制，布置多天线必然使天线间距很近，共地电流 和空间耦合，将使天线间具有较强的相互影响，从 而大大降低 MIMO 系统的性能。在已发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的文献 中，多种去耦措施提出以降低天线间互耦[2-4]。但文 献所提措施仅针对频段较窄的情况，对于频段较宽 的情况研究很少。 本文针对手机天线小型化、多频化的要求， 提出一种以耦合馈电的环天线为天线单元的双天 线系统应用于手机中。该天线单元具有宽频带特 性 ， 覆 盖 GSM1700/1800 /UMTS/LTE2300/2500 （1710~2690MHz）工作频段。利用天线结构本身 ·98· 的对称性降低了天线间的互耦，双天线均可工作 于较宽的频段，同时两端口隔离度大于 10dB。本 文对设计的双天线方案还进行了加工和测试，并 对测试结果进行了分析。 2 天线结构 所提出的双天线结构示意图如图 1（a）所示， 地板尺寸为 100×60mm2，天线直接印制在没有金属 地的 PCB 板的正面，这种布局用于模拟双天线位 于手机 PCB 板的底端的情形，与位于 PCB 板顶端 相比，位于底端能有效降低 SAR 值[5]。所述双天线 具有相同的结构，均由激励馈电微带和短路接地微 带两部分构成，形成耦合馈电的环天线[5]，其详细 尺寸如图 1（b）所示，其中 A 为天线馈电点，B 为天线短路点，AC 为倒 L 型的激励馈电微带，DB 为辐射微带，通过 B 点金属过孔短路到 PCB 板背 面的金属地。在如图 2 所示的实验样品中，天线直 接印制在 0.8mm 厚、εr=4.4 的 FR-4 PCB 板上。为 了方便对天线进行测试，PCB 板正面印制 50微带 线。结合图 1（b）所示，附加的微带线一端接天线 的馈电点 A，另一端接 A’，并在 A’处借助 SMA 接 头利用背馈的方式实现对天线的激励。 （a） （b） 图 1 （a）双天线结构示意图；（b）天线单元详细尺寸 图 2 双天线加工实物图 3 结果分析与讨论 对设计的双天线进行仿真和测试，仿真和测得 的 S 参数结果如图 3 和图 4 所示。两结果对比可 知，测试曲线的谐振点相对于仿真结果而言略向低 频移动，但整体趋势及数值吻合较好，参照移动终 端的天线一般要求其驻波小于 3（回波损耗大于 6dB）的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。在此种设计下，天线谐振能产生一 个较宽的频带，其带宽为 1700~2700MHz，覆盖 GSM1700/1800/UMTS/LTE2300/2400 （ 1710 ~2690MHz）制式下所有工作频段，在上述频带 内，两天线间端口隔离度大于 10dB。 图 3 仿真所得 S 参数 图 4 实测所得 S 参数 ·99· 在分集和 MIMO 应用中，多天线接收到信号的 相关性程度是评估多天线系统分集效果好坏的依 据，也是衡量整个系统优劣的关键性指标。利用仿 真或实测的各单元 3D 辐射方向图可以计算出在不 同统计模型下的信号相关性系数。为了简化起见， 本文考虑均匀分布的统计模型，当两天线辐射效率 相同时，其信号相关性系数可直接由 S 参数表示 [6]。将图 4 测试所得到的 S 参数代入公式（1）对其 进行相关性系数的计算，结果如图 5 所示。由图 5 可知，在 1710~2690MHz 整个频段信号相关性系数 均小于 0.1，表明本文设计方案能获得很好的分集 效果。    * * 2 11 12 21 22 e 2 2 2 2 11 21 22 12 | S S S S |ρ 1 S S 1 S S      （1） 图 5 双天线信号相关性系数 利用 STIMO StarLab 近场测试系统对实验样品 辐射方向图的测试，双天线的摆排位置如图 1（a） 所示，天线 1 位于 X 轴的正方向，天线 2 位于 X 轴的负方向。测试天线 1 时，天线 2 馈电端口接 50匹配负载；同理，测试天线 2 时，天线 1 接 50匹配负载。在 2150MHz 的工作频率下，两天线 实测方向图如图 6 和图 7 所示，图中给出了 XZ、 YZ、XY 三个面内 Ephi 和 Etheta 两个分量的相对 变化。由图可知，双天线 XZ 面和 XY 面方向图具 有明显的互补性，天线 1 主辐射方向沿正 X 轴方 向，天线 2 主辐射方向沿负 X 轴方向，另外，各自 的方向性也较强，因此能实现良好的方向图分集。 （a）phi=0（XZ 面） （b）phi=90（YZ 面） （c）theta=90（XY 面） 图 6 f=2150MHz 天线 1 测试方向图 （a）phi=0（XZ 面） ·100· （b）phi=90（YZ 面） （c）theta=90（XY 面） 图 7 f=2150MHz 天线 2 测试方向图 再对实验样品中两天线总效率（即同时考虑功 率反射及辐射损耗）和增益进行测试。天线 1 总效 率 和 增 益 的 测 试 结 果 如 图 8 所 示 。 在 1710~2690MHz 内，天线 1 的总效率均大于 40%， 而增益大于 0dB，完全满足手机天线的实际应用要 求。因结构的一致性，天线 2 的测试结果与天线 1 也基本一致。 图 8 天线 1 实测总效率和增益曲线 4 结论 本文提出一种宽带双天线应用于手机终端中， 天线单元由耦合馈电的环天线构成，谐振产生宽频 带 覆 盖 GSM1700/1800 /UMTS/LTE2300/2500 （1710~2690MHz）。并对设计方案进行加工测试， 其信号相关性系数较低，天线单元方向图方向性较 强，能实现方向图分集。同时，天线结构简单，成 本低，易于加工，完全适合用于手机终端的 MIMO 双天线系统。本文工作仅针对移动通信终端高频部 分的研究，对于覆盖高低双频段的 MIMO 手机双天 线已做相关研究。低频部分面临诸如强互耦等挑 战，由于篇幅有限，另文讨论。 参 考 文 献 [1] 1 D.S. 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